一种复杂外形贴体正交网格生成方法

将翼型保角变换生成网格的方法加以推广。对二维复杂外形生成贴体正交网格，并实现了网格分布的合理控制，从而为翼身组合体及全机提供了一种Ｈ－Ｏ型网格的生成方法。

TK-2DC软件前处理模块-贴体正交网格生成软件开发

贴体正交网格计算方法是通过坐标变换或坐标投影,把不规则物理区域进行离散以生成规则矩形计算区域的方法,所生成网格的疏密性和正交性对于保证数值计算精度至关重要。目前最常用的3种贴体正交网格计算方法是代数网格生成法、椭圆型方程网格生成法以及保角变换网格生成法。为了保证网格的正交性,简化网格计算量,所采用的贴体正交网格计算方法是上述3种方法的组合体,并且以该法为内核,开发了简单易学的贴体正交网格可视化计算软件,该软件可以与CAD进行无缝连接,大大缩短了数值模拟前期研究工作的时间。

基于正交贴体网格的黏弹介质地震波模拟

常规的有限差分地震波数值模拟采用笛卡尔坐标系的规则网格对计算区域进行网格剖分,在模拟起伏地表下的地震波场时,不仅不利于实现自由边界条件,而且由于阶梯状网格近似,在网格角点处容易产生虚假散射波,从而影响模拟精度。为此,将计算流体力学中的正交贴体网格生成技术引入起伏地表下黏弹介质的网格剖分中,采用优化的同位网格有限差分法计算曲线坐标系的一阶速度—应力方程,并通过选择性滤波法消除同位网格差分产生的格点振荡。正交贴体网格能够精确地描述起伏地表,网格的正交性也使得实施自由边界条件时无需做复杂的坐标转换和插值运算。数值算例表明:该方法得到的数值解与解析解完全吻合;与规则网格有限差分法模拟结果相比,在相同网格间距条件下,该方法能够有效消除阶梯状网格引起的虚假散射波,从而提高数值模拟精度。此外,起伏地表两层和三层黏弹介质模型模拟结果表明,该方法对复杂模型同样有较强的适用性。

基于正交贴体网格的VTI介质地震波数值模拟

为了解决规则网格有限差分法在处理起伏地表自由边界条件时需进行复杂坐标转换和插值运算的问题,以及对起伏地表进行阶梯状离散近似所产生的虚假散射波问题,将计算流体力学中的正交贴体网格生成技术引入到起伏地表下VTI介质的网格剖分中,采用基于同位网格的DRP/opt MacCormack有限差分法模拟起伏地表下VTI介质中的地震波场。网格的正交性使实施自由边界条件时无需做复杂的坐标转换和插值运算。数值算例表明,本文提出的网格剖分法能够有效消除阶梯状网格产生的虚假散射波,从而提高起伏地表下VTI介质地震波数值模拟精度。

用贴体正交曲线网格求解二维复杂几何域对流扩散问题

文章结合有限差分法和边界元法的优点,利用贴体正交曲线网格和有限控制体积积分来分析二维复杂几何域对流扩散问题.叙述了构作贴体正交网格的边界元技术,推导了通用微分方程形式下粘性可压缩层流流动动量方程和紊流流动时均动量方程的源项表达式,给出了曲壁通道内紊流流场的计算实例和实验测量结果.

水斗曲面三维非正交贴体网格数值生成

为实现冲击式水轮机水斗内非定常流动的数值解析,需要高密度匀布非正交贴体坐标网格来拟合水斗曲面.本文开发了一种用于水斗曲面三维非正交贴体坐标匀布网格的数值生成程序,其主要算法是基于曲线与曲面的微分几何性质提出的四点投影法。程序可根据需要计算出不同密度的匀布贴体网格点.通过对两不同水斗的算例结果显示数值生成的网格很好地拟合了水斗不规则曲面,同时计算出各网格点的切向矢量和单位法向矢量.

用于起伏地表条件下地球物理场数值模拟的正交曲网格生成技术

起伏地表条件下地球物理场数值模拟所面临的主要困难在于如何求解自由边界(地—空界面)上的边界条件。如今虽有多种解决途径,如映射法、插值法和不规则网格法,但均存在一些问题,本文针对上述方法的问题提出了一种新的解决途径。首先引入了在计算流体力学中发展起来的贴体正交网格技术,通过对弹性波场和直流电场在地—空界面上所应满足的微分方程(边界条件)的分析,得到了正交曲网格优于非正交曲网格的结论;然后利用基于泊松方程的网格生成方法,采用Hilgenstock法控制源项,并结合代数辅助方法生成了正交贴体曲网格。结果表明,本文所用的网格生成方法适用于解决起伏地表条件下地球物理场的数值模拟问题。

挑流冲坑紊流场的二维数值模拟

利用代数应力模型对淹没冲击射流作用下的冲刷坑内紊流场结构进行了二维数值模拟.计算中采用贴体正交网格变换处理不规则的冲坑几何边界,用VOF方法处理自由水面条件对水流结构的影响.结果分析表明,采用的数值方法可行,计算结果合理,在此基础上,可进一步研究冲坑的消能机理和冲坑的动态发展过程.

重庆两江汇流水动力模型

本文分析了长江、嘉陵江汇流的来流条件和河道自身地形特点,以EFDC水动力模型为基础,建立了重庆两江汇流水动力模型。该模型利用坐标变换技术,平面采用正交贴体网格,垂向采用Sigma坐标,利用干湿点法描述河道干湿地的变化．并对比实测资料校核模型参数。对于汇流比对流场影响和滨江路对流场影响等的模拟结果,表明该模型可用于模拟和分析天然河流水动力场的分布以及变化结果,对于预测洪水、城市建设、航道管理等有重要意义。

曲线坐标系下的完全匹配层吸收边界条件

在地震波数值模拟中,需要采用吸收边界条件以吸收人为边界反射。本文针对曲线坐标系下的二阶弹性波方程提出了一种完全匹配层(PML)吸收边界条件。与直角坐标系下的PML吸收边界条件类似,曲线坐标系下的PML吸收边界条件是一种在频率域中给出的人工边界条件,由相应的复坐标变换得到。在变换到时间域后,完全匹配层中将出现复杂的卷积运算。为了避免这些卷积运算,引入了4个中间变量。为了简化自由边界条件,采用正交贴体网格对起伏地表模型进行网格剖分。数值算例表明,该方法可以有效消除人为边界反射。

安康枢纽回水变动区航道整治数学模型研究

安康枢纽回水变动区河段的通航水流条件既受上游石泉枢纽日调节影响,又受下游安康枢纽水库调度的影响。河道水流既有山区河流滩险水流特性,又有库区河道水流特点。同时,该河段为连续急流弯道段,研究难度大。文中采用平面二维水流数学模型的技术手段,研究回水变动区河段滩险整治工程方案。针对天然河道边界复杂等特点,研究采用正交贴体网格。在此基础上建立了平面二维水流数学模型。采用有限体积法对平面二维水流控制方程进行了离散。对安康枢纽回水变动区天然情况下的水位、比降及水流流速等进行了验证计算及分析,验证结果表明,所采用的数学模型和计算方法能够准确模拟枢纽回水变动区的水流运动特性。根据河段的河道特性、河床演变特点及碍航特点,提出了航道整治原则。在上述整治原则的基础上,对安康枢纽回水变动区河段滩险整治方案效果进行了计算分析,并提出了能够达到设计航道尺度的整治工程方案。

复杂全机外形跨音速绕流欧拉方程数值计算

发展了一种快速抛物型方程贴体及与边界正交网格生成技术。生成了某歼击机全机真实外形三维Ｏ－Ｃ型计算网格，并应用于跨音速流场欧拉方程数值计算。成功地模拟了绕全机的复杂流场。计算压力分布与实验吻合良好。

三维叶栅内流场的数值计算

复杂的几何边界以及大对流问题一直是研究的难点和要点,寻找能够同时解决上面两个问题的方法一直是科研工作者的责任。采用成熟SIMPLER算法在正交贴体网格中对流场进行计算,首先利用有限元素法对Laplace方程求解,用寻找等值线的方法生成正交贴体网格,再通过上述算法对对流控制方程进行计算,得到平面叶栅内流场的速度分布。然后在三维叶栅粘性流场的数值计算中,以对流扩散方程为数学模型,利用有限边界元素法得到对流扩散方程的离散格式,通过计算单元内的局部线性化得到对流扩散方程的基本解,从而通过增加内部阻尼的方式利用边界元素法求得对流扩散方程的离散形式,它适应于非正交网格。

海口港深水航道建设对水动力环境的影响研究

本文根据现场实测资料,采用贴体正交网格对马村港区深水航道工程进行二维潮流泥沙数值模拟,研究深水航道建成后该海区流态变化,着重分析各航道水流特征值的改变,并针对正常天气下航道冲淤变化进行计算研究。